Нанотехнологические основы и принципы защиты окружающей среды

№94-1,

науки о земле

Целью настоящей работы является разработка нанотехнологических основ и принципов защиты окружающей среды. Разработка способов, приемов, устройств и средств химико-биологической защиты и мониторинга (СХБЗМ) и систем жизнеобеспечения (СЖО) человека в условиях воздействия вредных и опасных факторов химико-биологической природы в ближней и среднесрочной перспективе будет осуществляться по пути внедрения в них принципиально новой химической основы с программируемыми, контролируемыми и воспроизводимыми свойствами.

Похожие материалы

Ведение

В последние десятилетия анализ развития производства в России свидетельствует об обострении существующих и появлении новых угроз химико-биологического характера. Опасные факторы химико-биологической природы, оказывают негативное воздействие на население проживающих в благополучных регионах, т.е. биосферных зонах, в результате чего и происходит загрязнения огромных территорий различных регионов России. Неблагоприятные, химико- биологические факторы, появляются при возникновении техногенных аварий на предприятиях нефтехимического, химико-биологического и агропромышленного комплекса, при использовании и транспортировке опасных химических веществ, а также в результате террористических действий и вооруженных конфликтов с применением элементов химического и биологического оружия, отравляющих веществ (ОВ), аварийно химически опасных веществ (АХОВ), биологических агентов и т.п.

Целью настоящей работы является разработка нанотехнологического способа для оздоровления урбанизированных территории России.

Материал и методы исследований

Разработка способов, приемов, устройств и средств химико-биологической защиты и мониторинга (СХБЗМ) и систем жизнеобеспечения (СЖО) человека в условиях воздействия опасных поражающих факторов химико-биологической природы в ближней и среднесрочной перспективе будет осуществляться по пути внедрения в них принципиально новой химической основы с программируемыми, контролируемыми и воспроизводимыми свойствами.

Результаты исследований

В настоящее время, как в отечественной, так и в мировой практике продуктов и материалов для СХБЗМ и СЖО представляют углеродные и минеральные адсорбенты. Они характеризуются с развитой пористой структурой, хемосорбенты, в том числе регенеративные продукты на основе высших кислородных соединений щелочных и щелочноземельных металлов, цеолитовые сорбенты, полупроницаемые мембраны, в том числе композиционные, пирохимические источники кислорода, аэрозольные фильтры, другие продукты и материалы. Большинство из них проявляют свои специальные свойства вследствие наличия высокоразвитой реакционной поверхности и пористости, пор заданного размера, требуемых структурных характеристик. При этом, чем более точно обозначенные характеристики соответствуют оптимальным значениям, необходимым для реализации тех или иных процессов физической сорбции, хемосорбции, катализа, газовой селекции, газогенерирования или их сочетания, тем более эффективными являются СХБЗМ и СЖО, в которых данные процессы реализуются на практике.

Использование нанотехнологии в сочетании с магнитным разделением уже привлекло огромное внимание в таких областях техники, как биосенсоры, магнитная направленная терапия, новейшие диагностические устройства, отделение биомассы, а также в других областях, связанных со здравоохранением. Наночастицы, содержащие железо, являются предпочтительным магнитным наноматериалом для данного использования, поскольку они не токсичны и одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, в отличие от агентов МРТ-диагностики. Центральное место в успехе магнитных наночастиц занимает удобство управления магнитными наночастицами путем воздействия магнитными полями, которые позволяют преодолеть противодействующие силы, такие как Броуновское движение, вязкое сопротивление и осаждение. Магнитные наночастицы могут быть соединены с биологическими рецепторами, являющимися избирательными для специфических молекул, имеющих иммунологическое взаимодействие с клетками/тканями/сыворотками/белками, как указано в находящейся на одновременном рассмотрении опубликованной в США патентной заявке, публикация No. 2009/024019 A1, USSN 12/175,147, включенной в данный документ ссылкой и составляющей его часть. Наноразмерный подход может использоваться для удаления специфических загрязняющих веществ из сточных вод. Благодаря последним достижениям в области нанотехнологии была установлена эффективность и экономическая целесообразность удаления мышьяка под воздействием слабых магнитных полей, если он адсорбируется на наночастицах оксида железа. Г.Д. Куото, в разработке недорогого надежного фильтра для воды, отмечает, что исследование удаления веществ, загрязняющих воду, As (V) и Pb (II) с использованием магнитных наночастиц[19], включенный в настоящий документ и составляющий часть данного научного открытия. В одном из вариантов раскрытия сущности настоящей работы относится к новейшему нанофункционализированному материалу, содержащему суперпарамагнитные наночастицы оксида железа, соединенные с современными рецепторами синтезированных ионов с высокой специфической связывающей способностью для ионов натрия и хлора. Итоговый нанофункционализированный материал будет способен связывать хлорид натрия при смешивании его с соленой водой. Будучи единожды связанными с хлоридом натрия, функционализированные наночастицы могут быть изъяты из раствора посредством воздействия внешнего магнитного поля, в результате получается опресненная вода без высоких затрат на энергоносители или нанесения ущерба окружающей среде[18].

В другом варианте осуществления технического решения в форме данного открытия относится к новейшему нанофункционализированному материалу, состоящему из суперпарамагнитных наночастиц из оксида железа, поверхностно функционализированному поверхностно-активным веществом с высокой связывающей способностью для ионов селената. Итоговый нанофункционализированный материал, после смешивания его с загрязненной водой, будет способен связывать селенат. Будучи единожды связанными селенатом, функционализированные наночастицы могут быть изъяты из раствора посредством воздействия внешнего магнитного поля, в результате получается опресненная вода без высоких затрат на энергоносители или нанесения ущерба окружающей среде.

В одном из вариантов раскрытия настоящей работы данное открытие относится к новейшему наноматериалу, содержащему суперпарамагнитные наночастицы оксида железа, имеющие высокий коэффициент поверхностного натяжения, являющемуся монодисперсным и не имеющему поверхностно-активных веществ с высокой связывающей способностью для ионов селената. Итоговый нанофункционализированный материал после смешивания его с загрязненной водой будет способен связывать селенат. Будучи единожды связанными селенатом, функционализированные наночастицы могут быть изъяты из раствора посредством воздействия внешнего магнитного поля, в результате получается опресненная вода без высоких затрат на энергоносители или нанесения ущерба окружающей среде[18]. Магнитные наночастицы многих типов используются в раскрытых процессах и могут быть синтезированы различными известными способами или с помощью новых методов, раскрытых здесь. Парамагнитные наночастицы являются предпочтительными, суперпарамагнитные наночастицы являются самыми предпочтительными. Наночастицы из суперпарамагнитного магнетита (Fe3O4) и суперпарамагнитного магнетита (Fe3O4) и/или магтемита (y-Fe2О3) являются предпочтительными видами суперпарамагнитных наночастиц.

Заключение

Таким образом, как показывает, мировой опыт развития химической основы для СХБЗМ и СЖО свидетельствует о том, что функциональные наноструктурированные химические продукты и материалы могут в значительной степени улучшить технические и эксплуатационные возможности существующих средств защиты и систем жизнеобеспечения. Разработки, направленные на их создание является одним из приоритетных направлений исследований и их внедрение в соответствующей области техники и технологий [1-4]. Внедрение результатов этих исследований позволит разрабатывать нанотехнологическую и экобиозащитную технику, кардинально отличающуюся по своим характеристикам от существующих аналогов, о чем свидетельствуют результаты проводимых исследований и разработок как в России [6-18], так и за рубежом [2-5].

Список литературы

  1. Defense Nanotechnology Research and Development Programs. / U.S. Department of Defense. May 8, 2006. 18 p.
  2. Institute for Soldier Nanotechnologies. / Massachusetts Institute of Technology, 2004[Электронныйресурс].–URL: www.mit.edu/isn.
  3. Nanotechnology: The Next Industrial Revolution – Military and Societal Implications. AEPI and USAWC Research Paper. // Army Environmental Policy Institute.-January 2005 [Электронный ресурс]. – URL: http://www.aepi.army.mil.
  4. Proceedings of the 3rd annual NanoMaterials for Defense Applications Symposium.21-25February2005.Kona,HI.
  5. Альтман Ю. Военные нанотехнологии. Возможности применения и превентивного контроля вооружений: пер. с англ. / под ред. Р.А. Андриевского.М.:Техносфера.2008.-424с.
  6. Гладышев Н.Ф., Путин С.Б., Самарин В.Д. Функциональные наноматериалы (сорбенты и хемосорбенты) для средств химической защиты и систем жизнеобеспечения // Сб. тезисов докладов Второго Международного форума по нанотехнологиям. Москва, 6-8 октября 2009 г., с.261-262.
  7. Н.Ф. Гладышев [и др.]. Регенеративный продукт на стекловолокнистой матрице // Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса: материалы Международной конференции. Москва, 24-27 сентября2008г.,с.28-29.
  8. Н.Ф. Гладышев [и др.]. Поглотитель диоксида углерода на эластичной подложке // Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса: материалы Международной конференции. Москва, 24-27 сентября2008г.,с.29-30.
  9. Н.Ф. Гладышев [и др.]. Перспективное средство защиты органов дыхания при пожаре// Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса: материалы Международной конференции. Москва, 24-27 сентября2008г.,с.36-37.
  10. М.А. Ульянова [и др.]. Волокнистый композиционный материал для удаления влаги из воздуха// Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса: материалы Международной конференции-Москва,24-27сентября2008г.с.100.
  11. Н.Ф. Гладышев [и др.]. Разработка непрерывной технологии получения поглотителя кислых газов // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: материалы III Международной конференции. Белгород, 22-24 октября 2008 г.,с.44-47.
  12. Путин Б.В., Симаненков С.И. Применение нанотехнологий в разработке новых химических продуктов для систем защиты органов дыхания // Стратегия развития научно-производственного комплекса Российской Федерации в области разработки и производства систем жизнеобеспечения и защиты человека в условиях химической и биологической опасности: материалы Российской научной конференции. Тамбов, 14 октября 2009 г., с. 97-98.
  13. Фатхутдинов Р.Х. [и др.]. Синтез и структура наноразмерного γ–оксогидроксид Стратегия развития научно-производственного комплекса Российской Федерации в области разработки и производства систем жизнеобеспечения и защиты человека в условиях химической и биологической опасности: материалы Российской научной конференции. Тамбов,14октября2009,c.98-99.
  14. Ульянова М.А., Ферапонтов Ю.А. Влияние нанодисперсного пероксида лития на хемосорбционные свойства регенеративных продуктов // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности. Приоритетная проблема – наноматериалы и нанотехнологии: материалы XII Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых. Москва–Клязьма,21-25апреля2008г.,с.124.
  15. Фатхутдинов Р.Х. [и др.].Нанодисперсные гидрозоли оксидов кремния и алюминия // Нанотехнологии Экология Производство, 2009, №2, с. 140-142.
  16. Кянджециан Р.А. [и др.]. Аналитические возможности детектора молекулярных ядер конденсации для мониторинга атмосферы производств по переработке и уничтожению химического оружия // Российский химическийжурнал,2002,т.XLVI,№6,с.20-30.
  17. Н.Ф. Гладышев [и др.]. Регенеративные продукты нового поколения. Технология и аппаратурное оформление // М.: Машиностроение-1. 2007.
  18. Стейн Адам Л. (US). Способ очищения жидкости с использованием магнитных наночастиц. Патент на изобретение. № 2 591 248. Опубликовано: 20.07.2016, Бюл. № 20
  19. Куото Г.Д. Разработка недорогого надежного фильтра для воды: Исследование удаления веществ, загрязняющих воду, As (V) и Pb (II) с использованием магнитных наночастиц, Бюллетень SJWP (США) (2008), том 1, стр.32-47.